ESTUDIO DE MECANICA DE SUELOS
"MEJORAMIENTO DE LA CAPACIDAD RESOLUTIVA DEL CENTRO DE SALUD BASE HUARAL – RED DE SALUD HUARAL"
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ESTUDIO DE SUELOS CON FINES DE CIMENTACIÓN
INFORME TÉCNICO
PROYECTO
:
"MEJORAMIENTO DE LA CAPACIDAD RESOLUTIVA DEL CENTRO DE SALUD BASE HUARAL – RED DE SALUD HUARAL"
SOLICITADO
DIRECCION
:
:
GOBIERNO REGIONAL DE LIMA
GERENCIA DE INFRAESTRUCTURA
UBICACIÓN
:
LUGAR : AV. CHANCAY N° 285
DISTRITO : HUARAL
PROVINCIA : HUARAL
REGIÓN : LIMA
REALIZADO
:
ING. ANGEL EMERSON CORONADO PERALES
FECHA
:
NOVIEMBRE 2011
TABLA DE CONTENIDOS
1 GENERALIDADES 3
1.1 Objetivos del estudio. 3
1.2 Ubicación del terreno. 3
1.3 Condiciones Climáticas. 4
1.4 Características del proyecto 4
1.5 Normatividad 6
2 INFORMACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO 7
2.1 Topografía 7
2.2 Geomorfologia 8
2.3 Sismicidad 8
3 TRABAJOS DE CAMPO 10
3.1 Exploración de suelos 10
3.2 Ensayos de laboratorio 13
3.3 Perfil estratigráfico y clasificación de suelos 13
4 ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN 16
4.1 Profundidad de la cimentación 16
4.2 Tipo de Cimentación 16
4.3 Determinación de la capacidad de carga admisible 16
4.4 Predicción de asentamientos 23
4.4.1 Asentamiento elástico 23
4.4.2 Asentamiento tolerable 24
5 DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DEL SUELO 24
5.1 Obtención del coeficiente de balasto (ks) 24
6 ANÁLISIS DE AGRESIÓN DEL SUELO DE CIMENTACIÓN 26
7 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 27
8 ANEXOS 30
GENERALIDADES
OBJETIVOS DEL ESTUDIO.
El presente informe técnico tiene por objeto investigar el subsuelo del terreno asignado para el proyecto en mención, por medio de trabajos de campo a través de pozos de exploración o calicatas "a cielo abierto", ensayos de laboratorio estándar y especiales a fin de obtener las principales características físicas y mecánicas del suelo, sus propiedades de resistencia, deformación y la agresividad química de sus componentes.
El programa seguido para los fines propuestos, fue el siguiente:
Reconocimiento del terreno
Distribución y ejecución de calicatas.
Toma de muestras disturbadas.
Ejecución de ensayos de laboratorio.
Ensayos especiales. (UNI FIC - Laboratorio nº 2 – Lima)
Evaluación de los trabajos de campo y laboratorio
Perfil estratigráfico.
Análisis de la cimentación.
Conclusiones y recomendaciones
Ubicación del terreno.
El Centro de Salud de Base Huaral se encuentra en el distrito de Huaral, provincia de Huaral, departamento de Lima, a una altura promedio de 179.45 m.s.n.m.
Condiciones Climáticas.
El Distrito de Huaral tiene un clima seco cálido de tipo desértico con pocas precipitaciones con variaciones de acuerdo al cambio de estaciones, la temperatura en verano asciende hasta los 30°C y en invierno desciende hasta los 16°C, teniendo una temperatura de 23°C.
CARACTERÍSTICAS del proyecto
El proyecto consta de la Construcción de una Nueva Infraestructura del Centro de Salud Base Huaral lo cual estará dotado de los siguientes ambientes:
1° PISO:
Almacén Farmacia.
Atención Farmacia.
Archivo de Historias Clínicas.
Atención Admisión 1 y 2.
Servicio Social.
Triaje
SS.HH. Publico Mujeres.
SS.HH. Publico Hombres.
Recuperación.
Tópico.
Corredor Espera.
Estacionamiento.
Almacén Temporal.
Grupo Electrógeno.
Tableros.
Corredor de Servicio.
Consultorio Bronco pulmonar.
Atención.
SS.HH. PCT.
Espera y Captación de Sintomáticos.
Área para Camillas y Sillas.
Consultorio Médico 1.
Recepción y Toma de Muestras.
SS.HH. Recepción y Toma de Muestras.
Laboratorio.
Área de Espera.
Ecografía.
Of. Radiólogo.
SS.HH. Of. Radiólogo.
Mando.
Vestuario.
Sala de Rayos X.
2° PISO:
Consultorio del Niño 1.
Consultorio del Niño 2.
Consultorio del Niño 3.
Consultorio Odontológico.
SS.HH. Consultorio Odontológico.
SS.HH. Personal Mujeres.
SS.HH. Personal Hombres.
Consultorio Médico 1.
SS.HH. Consultorio Médico 1.
Corredor Espera.
Almacén.
Nutrición.
SS.HH. Publico Mujeres.
SS.HH. Publico Hombres.
Corredor Espera.
Psicoprofilaxis
SS.HH. Psicoprofilaxis
Consultorio de la Mujer 1.
SS.HH. Consultorio de la Mujer 1.
Ropa Limpia.
Estación de Enfermeras y Obste trices.
Cuarto Séptico, Lavado de Chatas.
Sala de Preparación y Dilatación.
SS.HH. Sala de Preparación y Dilatación.
Corredor Semirrígido.
Sala de Recuperación.
SS.HH. Sala de Recuperación.
Recepción y Alm.
Esterilización.
Lavado.
Sala de Partos.
Atención Recién Nacidos.
3° PISO:
Jefatura.
Archivo Historias Clínicas.
Estadística y Contra referencia
Secretaria.
Psicología
SS.HH. Publico Mujeres.
SS.HH. Publico Hombres
Almacén General.
Recepción.
Almacén Medicamentos.
Deposito.
Corredor.
Deposito.
Estimulación Temprana.
Auditorio.
Terraza.
Lavandería y Costura.
Saneamiento Ambiental.
Corredor.
Estar Mujeres.
SS.HH. Personal Mujeres.
SS.HH. Personal Hombres.
Estar Hombres.
DEL PRIMER PISO – TERCER PISO:
Escalera.
Ascensor
normatividad
El presente informe esta en concordancia con la Norma E-050 de Suelos y Cimentaciones, Norma E-030 de Diseño Sismo resistente del Reglamento Nacional de Edificaciones.
INFORMACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO
topografía
El área de estudio se encuentra a 179.45 msnm. La topografía de la zona presenta pendientes mínimas se podría decir semiplana. Lo cual se puede adecuar rápidamente una infraestructura de salud lo cual normalmente este puede ser hasta 5% máxima de inclinación según el Reglamento Nacional de Edificaciones.
PROV. DE HUARAL DIST. HUARAL
PROV. DE HUARAL DIST. HUARAL
GEOmorfologia
Según el mapa geológico correspondiente al Cuadrángulo de Lima publicado por el INGEMMET (Palacios et al., 1992), conformado por las provincias de Barranca, Ámbar, Huacho, Huaral y Canta describe la geología regional del territorio donde las rocas mas antiguas están representadas por rocas ígneas volcánicas de edad cretáceo medio, reconocidas con las denominaciones Formacion Casma, y de material de cobertura conformada por depósitos inconsolidados del cuaternario.
SISMICIDAD
De acuerdo al Nuevo Mapa de Zonificación Sísmica del Perú, según la nueva Norma Sismo Resistente (NTE E-030) y del Mapa de Distribución de Máximas Intensidades Sísmicas observadas en el Perú, presentado por Alva Hurtado (1984), el cual se basó en isosistas de sismos peruanos y datos de intensidades puntuales de sismos históricos y sismos recientes; se concluye que el área en estudio se encuentra dentro de la Zona de Sismicidad III.
De acuerdo al Reglamento Nacional de Edificaciones y la Norma Técnica de edificación E-030, Diseño Sismorresistente, se deberá tomar los siguientes valores para el análisis sísmico:
Factor de zona…………………………………………….…. Z = 0.4
Condiciones Geotécnicas
El suelo investigado, pertenece al perfil Tipo S2………….. S = 1.2
Periodo de Vibración del suelo………………………….…Tp = 0.6seg.
Factor de Amplificación Sísmica (C)
Se calculara en base a la expresión siguiente:
Para T = Periodo de Vibración de la Estructura = H/Ct
Categoría de la estructura ………………………………… A
Factor de Uso …………………………………………………U = 1.5
La fuerza horizontal o cortante basal, debido a la acción sísmica se determinara por la formula siguiente:
Para:
V = Cortante Basal
V=Z*U*C*S*PR
Z = Factor de Zona
U = Factor de Uso
S = Factor de Ampliación del suelo
C = Factor de Ampliación Sísmica
R = coeficiente de Reducción
P = Peso de la Edificación
*, El área en estudio, corresponde a la zona 3, el factor de zona se interpreta como una aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10 % de ser excedida en 50 años.
TRABAJOS DE CAMPO
EXPLORACIÓN DE SUELOS
Con la finalidad de identificar los diferentes estratos de suelo y su composición. Se efectuó la excavación manual de 02 Calicatas a cielo abierto a los que se denominó C-1 y C-2, alcanzando una profundidad máxima de 2.00 m. no se encontró nivel freático. De la cual se extrajo una muestra disturbada, la cual fue analizada y clasificada de acuerdo a las Normas ASTM.
Calicata
Profundidad
Ubicación
Nº 1
2.00mt
Corredor y Espera
Nº 2
2.00mt
Consultorio de Medicina
Cuadro N° 1 IDENTIFICACIÓN DE CALICATA
Se muestra la exploración de la calicata N° 01, la cual presenta en un 78.9% de grava, un 20.6% de arena y 0.5% de finos. Y no presenta límites de consistencia.
La toma indica la cantidad de grava que contiene el suelo
Como se observa el suelo en un 78.3% es gravoso, un 20.7% es arenosa y 1% de finos; es la calicata N° 02 ubicado en el consultorio de medicina.
En esta toma se puede observar el tipo de suelo y estrato (gravoso)
ENSAYOS DE LABORATORIO
Con las muestras obtenidas en el campo, se realizaron ensayos de acuerdo a las Normas Estándar de la American Society for Testing and Materials y las requeridas por la Norma Peruana E.050 Suelo y Cimentaciones. Los ensayos fueron ejecutados en el laboratorio Nº 02 de Mecánica de Suelos de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad nacional de Ingeniería.
A continuación se detallan los ensayos a los que fueron sometidas la muestra alterada tomada en el campo.
Análisis granulométrico ASTM D-422
Contenido de Humedad ASTM D-2216
Limite Liquido ASTM D-4318
Limite Plástico ASTM D-4318
Corte Directo ASTM D-3080
Clasificación de Suelos (SUCS) ASTM D-2487
Sales Solubles Totales ASTM D-1889
Sulfatos como ion SO4 ASTM D-516
Los resultados de los ensayos de laboratorio se presentan en el informe adjunto al presente estudio.
perfil ESTRATIGRÁFICO y clasificación de suelos
La descripción de los materiales encontrados en la calicata efectuada, se presenta en el formato especial, "Registro de Excavaciones", el formato presenta características del tipo de excavación utilizado, a cielo abierto (calicata), el número de muestra que corresponde para la misma calicata, una simbología que representa al material una breve descripción de lo observado en el campo y algunos resultados de laboratorio, si fuera necesario.
La Clasificación de Suelos se realizó bajo los criterios del sistema unificado de clasificación de suelos (SUCS).
ANÁLISIS DE LA CIMENTACIÓN
Profundidad de la cimentación
Basado en los trabajos de campo, ensayos de laboratorio, registros estratigráficos, características de las estructuras a construir y esfuerzos que trasmitirá al suelo de fundación la estructura proyectada, se recomienda cimentar a la profundidad mínima de Df=1.00m por debajo del terreno natural.
Tipo de Cimentación
Por la naturaleza del tipo de suelo se recomienda una cimentación superficial que el Ingeniero estructural y/o el Arquitecto debe adecuarlos según su diseño y proyecto, ya sea con cimientos corridos, zapata aisladas, zapatas conectadas o losa de cimentación según corresponda y a la profundidad m nima indicada. Para este caso se recomienda el uso zapatas aisladas y cimentación corrida, puesto que se cuenta con muros portantes y pórticos de concreto armado.
DETERMINACIÓN DE LA Capacidad de Carga Admisible
En el análisis y cálculo de capacidades de carga se ha tenido en consideración las características encontrados del suelo de fundación, se tomó como referencia los resultados de la calicata C-1, C-2, puesto que representa las condiciones más críticas para la estructura de cimentación.
La capacidad de carga última se ha determinado en base a la fórmula de Terzaghi y Peck (1967) modificado por Vesic (1973) que incluye factores de corrección de forma. Además para el cumplimiento de la NTE E.050, los factores de seguridad frente a una falla por corte serán:
F = 3; aplicable para análisis estáticos.
F = 2.5; aplicable para análisis dinámicos.
PARÁMETROS DE RESISTENCIA
Calicata : C1
Clasificación de Suelo de Fundación : GP
Angulo de Fricción Interna : 31.9°.
Cohesión : 0.00 Kg/cm2.
Densidad Natural : 1.83 Ton/m3.
PARÁMETROS DE RESISTENCIA
Calicata : C2
Clasificación de Suelo de Fundación : GP
Angulo de Fricción Interna : 32.2°.
Cohesión : 0.00 Kg/cm2.
Densidad Natural : 1.85 Ton/m3.
Cuadro de resumen
Del cuadro podemos recomendar una capacidad de carga de 1.78 Kg/cm2, para cimientos corridos así mismo el valor de 3.48 Kg/cm2, para zapatas en condiciones estáticas y 4.18 kg/cm2 en condiciones dinámicas, por ende brindamos libertad al ingeniero estructural seleccionar el tipo de cimentación en concordancia al proyecto.
Predicción de asentamientos
ASENTAMIENTO ELÁSTICO
Para el análisis de cimentaciones tenemos los llamados Asentamientos Totales y los Asentamientos Diferenciales, de los cuales los asentamientos diferenciales son los que podrían comprometer la seguridad de la estructura si sobrepasa 2.50 cm (edificaciones), que es el asentamiento máximo para estructuras convencionales.
El asentamiento de la cimentación se calculará en base a la teoría de la elasticidad (Lambe y Whitman, 1964). Se asume que el esfuerzo neto transmitido es uniforme en ambos casos. El asentamiento elástico inicial será:
Las propiedades elásticas del suelo de cimentación fueron asumidas a partir de tablas (Dr. Ing. Jorge e. Alva Hurtado) publicadas con valores para el tipo de suelo existente donde irá desplantada la cimentación. Los cálculos de asentamiento se han realizado considerando cimentación rígida; se considera además que los esfuerzos transmitidos son iguales a la capacidad admisible de carga.
Por tanto se tiene que:
0.44 cm < 2.50 cm…………..OK
ASENTAMIENTO TOLERABLE
El valor del asentamiento inmediato calculado debe comprobarse si es inferior a los valores límites tolerables. Según la Norma Técnica de Suelos y Cimentaciones E.050, establece que el asentamiento diferencial no debe ser mayor que el calculado para una distorsión (α) angular prefijada, de acuerdo al tipo de estructura, así como la naturaleza del terreno. Luego para el tipo de estructura proyectado, se espera una distorsión angular de:
α = / L = 1/500 (Para estructuras que no se permiten grietas)
Donde:
= Asentamiento Tolerable en cm
L = Distancia entre dos columnas extremas
α = Distorsión angular
Luego: L= 600 cm, entonces:
El asentamiento Tolerable es: = 600/500 = 1.20 cm
Por tanto se tiene que:
0.44cm < 1.20 cm OK
El asentamiento instantáneo a producirse es tolerable.
DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DEL SUELO
OBTENCIÓN DEL COEFICIENTE DE BALASTO (KS)
Conocido también como el coeficiente de reacción de la subrasante, se determina en función a la prueba de compresión simple, sobre el terreno considerando una carga que se aplica mediante una plancha cuadrada de 30x30cm o circular de 30cm de diámetro.
A grandes rasgos el modelo de interacción cimiento-terreno se ha de ajustar a la forma de distribuirse las presiones sobre el terreno. Si éstas se distribuyen de una manera lineal, como por ejemplo en cimentaciones rígidas, el cálculo debe llevarse a cabo mediante los métodos clásicos de cimentaciones con leyes de tensiones lineales. Debido al desconocimiento real de los valores del módulo de balasto, es necesario calcular con órdenes de magnitud. Para ello se hace un estudio de sensibilidad de la variable, es decir, analizamos los resultados del cálculo con dos valores de Ks distintos, para así ver cuánto influye esta variable. En caso de ser de gran influencia es recomendable hacer una comprobación inversa a partir del asiento, calculando el módulo Ks correspondiente al valor del asiento de la cimentación, estimados por los métodos clásicos de la geotecnia.
Para el cálculo del coeficiente de balasto, el cual se supone el terreno como un conjunto infinito de muelles situados bajo la cimentación, la constante de deformación de cada muelle es Ks (módulo de balasto), valor obtenido del cociente entre la presión de contacto o de trabajo (q) y el desplazamiento, en nuestro caso (Si). Se realizó por el método clásico y también por la fórmula de Vesic, la cual se basa en las propiedades del terreno como son el módulo de elasticidad y el coeficiente de poisson.
Para el primer caso: Ks= q / Si
De los cuales se toma como resultado más conservador el obtenido por la fórmula de Vesic.
ANÁLISIS DE AGRESIÓN DEL SUELO DE CIMENTACIÓN
El suelo bajo el cual se cimienta toda estructura puede tener un efecto agresivo a la cimentación. Este efecto está en función de la presencia de elementos químicos que actúan sobre el concreto y el acero de refuerzo, causándole efectos nocivos y hasta destructivos sobre las estructuras (sulfatos y cloruros principalmente).
Sin embargo, la acción química del suelo sobre el concreto sólo ocurre a través del agua subterránea que reacciona con el concreto; de ese modo el deterioro del concreto ocurre bajo el nivel freático, zona de ascensión capilar ó presencia de agua infiltrado por otra razón (rotura de tuberías, lluvias extraordinarias e inundaciones, etc.).
Los principales elementos químicos a evaluar son los sulfatos y cloruros por su acción química sobre el concreto y acero del cimiento respectivamente y las sales solubles totales por su acción mecánica sobre el cimiento, al ocasionarle asentamientos bruscos por lixiviación (lavado de sales del suelo con el agua).
De acuerdo a los resultados de laboratorio correspondientes a los ensayos de sales solubles totales y contenido de sulfatos. Muestra los siguientes resultados:
CUADRO Nº 02 – ANÁLISIS QUÍMICOS
Calicata
Muestra
Profundidad m
Sales solubles totales ppm
Cloruros ppm
Sulfatos ppm
C-1
M-1
2.00
983
85
856
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El presente estudio fue elaborado con la finalidad de evaluar el comportamiento mecánico de los Suelos de Cimentación para el proyecto en mención, el cual es exclusivamente para este fin.
Para el diseño de la cimentación del proyecto se deberá utilizar los siguientes parámetros:
Nivel de cimentación:
1.- Cimiento corrido
Sobre el suelo natural constituido por GP, la profundidad mínima de cimentación será de 1.00 m.
2.- zapatas aisladas
Sobre el suelo natural constituido por GP, la profundidad mínima de cimentación será de 1.50 m en zapatas a partir del nivel del terreno natural.
Tipo de cimentación:
Se recomienda considerar el uso de cimentaciones superficiales convencionales tal como cimientos corridos y zapatas aisladas, dejando en consideración de la aplicación al ingeniero estructural.
Capacidad de Carga:
Cimientos corridos: qadm = 1.78 kg/cm2
Zapatas (estático): qadm = 3.48 kg/cm2
Zapatas (Dinámico): qadm = 4.18 kg/cm2
Para la reacción del suelo y el análisis de cimentaciones por el método se tomara en consideración el valor del módulo de balasto ks = 8791.2 tn/m3.
En caso de no encontrar el estrato firme se podrá utilizar una falsa zapata de concreto ciclópeo hasta llegar a dicho estrato, donde se transmitirá las cargas. En ningún caso se apoyarán en terreno orgánico o relleno.
De acuerdo al área sísmica donde se ubica la zona en estudio, existe la posibilidad de que ocurran los sismos de intensidades del orden VII en la escala de Mercalli Modificada. Asimismo, la localidad se encuentra ubicada en la zona 3 de alta sismicidad.
Para la aplicación de las Normas de Diseño Sismo resistente del RNE, debe considerarse que el depósito de suelo donde estará ubicado el proyecto corresponde a un perfil tipo S2 suelos intermedio con periodo predominante Tp = 0.60s.
Se concluye por lo tanto que el estrato de suelo que forma parte del contorno donde irá desplantada la cimentación contiene concentraciones nocivas de sulfatos con potencial leve de 983ppm (150ppm-1500ppm), por lo cual se sugiere que se trabaje con el "Cemento Portland tipo I y II" o la reducción de la relación agua cemento de 0.50 para los elementos en contacto con el suelo. (Según el R.N.E.)
En caso que resulten grandes desplazamientos laterales como resultado del análisis estático - dinámico, se recomienda el uso de zapatas rígidas interconectadas con vigas de arriostre, con la finalidad de impedir los desplazamientos horizontales ocasionados por fuerzas sísmicas y empujes laterales en la estructuras.
NOTA:
Las conclusiones y recomendaciones establecidas en el presente informe técnico son solo aplicables para el área estudiada. De ninguna manera se puede aplicar a otros sectores u otros fines.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Norma E-050, Suelos y Cimentaciones.
Norma E-030, Diseño Sismoresistente
Braja M. Das/ Principios de Ingeniería de Cimentaciones. 4 Edicción 1999
Jesus Ayuso M. Cimentaciones y estructuras de contención 2010
Rico – Castillo / La Ingeniería de Suelos, Vol 1 y 2. 1 edicion 1998
Peck/Hanson/ Thornburn: Ingeniería de Cimentaciones
Roy Whitlow / Fundamentos de Mecánica de Suelos. 1 edición 2000
Manuel Delgado Vargas / Ingeniería de Cimentaciones/ 2da edición 1999
Peter L. Berry / Mecánica de Suelos/ 1998
Juarez Badillo - Rico Rodriguez : Mecánica de Suelos, Tomos I,II.
Ing. Carlos Crespo : Mecánica de suelos y Cimentaciones
T. William Lambe / Robert V. Whitman. Primera Edición 1972.
Roberto Michelena / Mecánica de Suelos Aplicada. Primera Edición 1991
Alva Hurtado J.E., Meneses J. y Guzmán V. (1984), "Distribución de Máximas Intensidades Sísmicas Observadas en el Perú", V Congreso Nacional de Ingeniería Civil, Tacna, Perú.
Cimentaciones de Concreto Armado en Edificaciones - ACI American Concrete Institute. Segunda Edición 1998.
Geotecnia para Ingenieros, Principios Básicos. Alberto J. Martinez Vargas / CONCYTEC 1990.
Las estructuras no trabajan como se diseñan sino como se construyen.
ANEXOS
[Escribir el nombre de la compañía]